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3.3 DNA的复制学案
【学习目标】
1.总结“DNA是主要的遗传物质”的探索过程
2.分析证明DNA是主要的遗传物质的实验设计思路。
3.探讨实验技术在证明DNA是主要的遗传物质中的作用。
【学习重难点】
1.教学重点
（1）运用假说--演绎法探究DNA的复制方式。
（2）DNA复制的条件、过程和特点。
2.教学难点
（1）运用假说--演绎法探究DNA的复制方式。
（2）DNA复制的过程。
【预习新知】
对DNA复制的推测
(1)提出者：沃森和克里克。
(2)假说内容：
①解旋：DNA分子复制时，DNA分子的双螺旋解开，互补碱基之间的氢键断裂。
③特点：新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，这种复制方式称作半保留复制。
DNA半保留复制的实验证据
1.实验材料： 大肠杆菌
2.实验用的技术： 同位素标记技术
3.实验过程：
① 大肠杆菌在含有15NH4Cl的培养液中繁殖多代，使DNA双链充分被15N标记
② 将含15N标记的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中培养
③ 在不同时刻收集大肠杆菌并提取DNA
④ 将提取的DNA进行密度梯度离心，记录离心后试管中DNA的位置
4.预期实验结果：
①重带（密度最大）：两条链都被15N标记的亲代双链DNA（15N/15N）
②中带（密度居中）：一条链被15N标记。另一条链含14N的子代双链DNA（15N/14N）
③轻带（密度最小）：两条链都含14N的子代双链DNA（14N/15N）
5.实验结果：与预期实验结果相符
6.实验结论：DNA的复制方式是 半保留复制
DNA复制的过程
1.DNA复制的概念
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
2.发生时期
在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。
3.过程
4.结果
形成两个完全相同的DNA分子。
5.特点
（1）边解旋边复制。
（2）半保留复制。
6.意义：将遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，从而保持了遗传信息的连续性。
【易错提示】
（1）边解旋边复制和半保留复制都是DNA复制的特点，但半保留复制同时还是DNA复制的方式；
（2）不仅DNA的两条母链是反向平行的，新合成的子链与其模板母链也是反向平行的。
（1）DNA解旋后的每一条脱氧核苷酸链都可以作为DNA复制的模板（ ）
（2）DNA双螺旋全部解开后，再开始进行DNA复制（ ）
（3）在DNA复制过程中，解旋酶破坏的是氢键，不能将DNA分解成脱氧核苷酸（ ）
答案：（1）√（2）×（3）√
【深化探究】
探究点一　对DNA复制的推测
1．在DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶，这两种酶的作用分别是什么？
2．DNA的复制为什么需要适宜的温度和pH
3．如果将DNA分子的两条链用15N标记，转移到含14N的培养基中培养，复制2次后，含15N的DNA、含14N的DNA、含15N的DNA链、含14N的DNA链各是多少？
易错提醒：(1)该实验在探究过程中使用的方法是假说—演绎法。
(2)该实验也可以用P、C等元素进行标记。
(3)在实验过程中一定要注意提取DNA的时间，应以大肠杆菌繁殖一次所用的时间为间隔。
1．对DNA复制的推测
假说 遗传物质自我复制的假说
提出者 沃森和克里克
内容 (1)解旋：DNA复制时，DNA的双螺旋解开，配对碱基之间的氢键断裂 (2)复制：以解开的两条母链作为复制的模板，游离的脱氧核苷酸依据碱基互补配对原则，通过形成氢键结合到作为模板的单链上
特点 新合成的每个DNA分子中，都保留了原来的DNA分子中的一条链，是半保留复制
2.DNA半保留复制的实验证据分析
(1)实验方法：同位素标记法和密度梯度离心法。
(2)实验原理：含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。
(3)实验假设：DNA以半保留的方式复制。
(4)实验预期：离心后应出现3条DNA带。
①重带(密度最大)：两条链都为15N标记的亲代双链DNA。②中带(密度居中)：一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA。③轻带(密度最小)：两条链都为14N标记的子代双链DNA。
(5)实验过程
(6)过程分析
①立即取出，提取DNA→离心→全部重带。②繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。③繁殖两代后取出，提取DNA→离心→1/2轻带、1/2中带。
(7)实验结论：DNA的复制是以半保留方式进行的
探究点二　DNA的复制
1．阅读教材P55～56，结合图3－10，探究下列问题：
(1)DNA复制时有几条模板链？新合成的DNA中的两条链全是子链吗？
(2)DNA复制时，用什么方法识别DNA中哪一条链是母链，哪一条链是子链？DNA复制所形成的子代DNA是否是亲代DNA链和子代DNA链随机结合的？
(3)若将某一试管中加入缓冲液、ATP、解旋酶、DNA模板和四种脱氧核苷酸，并置于适宜的温度下，能否完成DNA的复制？并分析其原因。
(4)若1个DNA含有m个腺嘌呤，则复制n次需要多少游离的腺嘌呤脱氧核苷酸？
(5)DNA复制具有准确性，那么在任何情况下，DNA复制产生的子代DNA与亲代DNA都完全相同吗？
2．根据图1、图2思考下列问题：
(1)图1中进行的是什么过程？发生的时期和场所是什么？
(2)图1中的酶1和酶2分别是什么酶？分别作用于图2中的哪个部位？abcd四条脱氧核苷酸链中，哪些链的碱基排列顺序是相同的？
(3)从图1中是否可以看出DNA复制是半保留复制？为什么？图1所示的特点还有什么？可用什么方法检测母链和子链？
(4)DNA复制受到各种外界因素的干扰时，碱基序列会发生变化吗？
3．如图为真核生物染色体上DNA复制过程的示意图，请据图分析DNA复制效率较高的原因。
方法技巧　巧记DNA的复制——“一所，两期，三步，四条件”
“一所”是指复制的场所主要是细胞核；“两期”是指复制的时期主要是有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期；“三步”是指“三个步骤”即解旋、形成子链、母链与子链形成新的DNA；“四条件”是指原料、模板、能量和酶。
误区提醒DNA复制相关计算时四个易错点
(1)复制次数：“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别：前者包括所有的复制，后者只包括最后一次复制。
(2)碱基数目：注意碱基的数目单位是“对”还是“个”。
(3)复制模板：在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA都只有两个。
(4)关键词语：看清是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。
【巩固训练】
1.一个DNA分子复制完毕后，新形成的DNA子链( )
A.是DNA母链的片段 B.与DNA母链之一相同
C.与DNA母链相同，但U取代T D.与DNA母链完全不同
2.生物学家为探究DNA的复制方式，将15N标记的大肠杆菌放到只含14N的培养基中培养，根据密度不同通过离心技术，将细胞中含有不同N元素的DNA分离开来，在试管中得到不同密度的DNA带。下列有关DNA复制的说法，错误的是( )
A.复制所得子代DNA分子中（A+C）/（T+G）的值为1/
B.若DNA复制方式是半保留复制，第二代细胞中的DNA分子离心后可以得到两条DNA带
C.DNA分子复制时，边解旋边复制，同时需要模板、原料、能量和酶等
D.连续培养三代（复制了三次），在第三代大肠杆菌中含15N的链占该代DNA分子总链数的1/16
3.某个T2噬菌体的DNA双链都被15N标记，侵染未标记的大肠杆菌后，共释放出n个子代噬菌体，整个过程中共消耗a个腺嘌呤。下列叙述正确的是( )
A.子代噬菌体中含15N的个体所占比例为1/2n-1
B.可用含15N的培养基直接培养出第一代噬菌体
C.噬菌体DNA复制过程需要的模板、酶、ATP和原料都来自大肠杆菌
D.第一代噬菌体的DNA中含有a/n-1个胸腺嘧啶
4.细菌在含15N的培养基中繁殖数代后，使细菌的DNA皆含有15N，然后再移入含14N的培养基中培养，提取其子代的DNA进行梯度离心，下图①-⑤为可能的结果，下列叙述错误的是( )
A.第一次分裂子代DNA应为⑤
B.第二次分裂的子代DNA应为①
C.第三次分裂的子代DNA应为③
D.亲代的DNA应为⑤
5.下图为真核生物DNA的结构（图甲）及发生的生理过程（图乙），请据图回答问题：
（1）图甲中DNA分子结构的基本骨架是______和_______（填序号）交替排列而成。
（2）如果图甲的片段复制四次，总共需要游离的腺嘌呤脱氧核糖核苷酸__________个。
（3）图乙发生的生理过程是______，其方式为______。发生该生理过程时，___________为其提供精确的模板，通过_________________，保证了其准确地进行。
（4）图乙过程涉及的酶为______酶、_______酶，分别作用于图甲中的______、______(填序号)。
（5）若图乙中亲代DNA分子在复制时，一条链上的G变成了A，则该DNA分子经过n次复制后，发生差错的DNA分子占DNA分子总数的__________。
参考答案
1.答案：B
解析：A、新合成的子链与DNA母链之一相同，并不是母链的片段，A错误；
BD、新合成的子链与DNA母链之一相同，与另一条母链互补配对，B正确，D错误；
C、新合成的子链与DNA母链之一相同，且子链中没有碱基U，C错误。
故选B。
2.答案：D
解析：A、在双链DNA分子中，A=T，C=G，故复制所得子代DNA分子中（A+C）/（T+G）的值为1，A正确；B、如果DNA复制方式是半保留复制，那么第二代细胞中的DNA分子离心后可以得到两条DNA带，一条（14N/14N-DNA）位于上部，另一条（15N/14N-DNA）位于中部，B正确；C、DNA分子复制是一个边解旋边复制的过程，需要模板、原料、能量和酶等，C正确；D、连续培养三代（复制了三次），第三代大肠杆菌中含15N的链有2条，该代DNA分子总链数为16条，在第三代大肠杆菌中含15N的链占该代DNA分子总链数的1/8，D错误。故选D。
3.答案：D
解析：用15N标记某个T2噬菌体的DNA双链，让该T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌后，释放出的n个子代噬菌体中，其中有2个被15N标记，因此子代噬菌体中含15N的个体所占比例为2/n，A错误。T2噬菌体为病毒，没有细胞结构，不能独立生存和繁殖，不能用培养基直接培养，B错误。T2噬菌体侵染大肠杆菌时，只将DNA注入大肠杆菌内，T2噬菌体DNA复制过程需要的模板为其自身的DNA，需要的酶、ATP和原料都来自大肠杆菌，C错误。1个T2噬菌体侵染未标记的大肠杆菌后，共释放出n个子代噬菌体，整个过程中共消耗a个腺嘌呤，则每个DNA分子中腺嘌呤的个数为a/n-1胸腺嘧啶的个数与腺嘌呤个数相等，故第一代噬菌体的DNA中含有a/n-1个胸腺嘧啶，D正确。
4.答案：A
解析：细菌的DNA被15N标记后,放在14N培养基中培养,复制1次形成2个DNA分子,每个DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心形成中带,即图中的②,A错误;复制两次后形成了4个DNA分子,2个DNA分子都是一条链含有15N,另一条链含有14N,离心形成中带,另外2个DNA分子都只含有14N,离心形成轻带,即图中①,B正确;随着复制次数增加(三次及三次以上),离心后都含有中带和轻带两个条带,轻带相对含量增加,即图中③,C正确;细菌在15N培养基中繁殖数代后,细菌DNA的含氮碱基皆含有15N,DNA分子的两条链都含有15N,离心形成重带,即图中的⑤,D正确。
5.答案：（1）②；③
（2）60
（3）DNA的复制；半保留复制；DNA独特的双螺旋结构；碱基互补配对
（4）解旋；DNA聚合；⑦；①
（5）1/2

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